2025人教版新教材物理高考第一轮
第 5 讲热力学定律 能量守恒定律
基础对点练
题组一 热力学定律理解
1.(2023天津卷)爬山所带氧气瓶如图所示,氧气瓶里的气体容积、质量均不变,爬高过程中,
温度减小,则气体( )
A.对外做功
B.内能减小
C.吸收热量
D.压强不变
2.冬奥会上的人造雪绝非“假雪”,是对水和空气一定比例混合压缩,并对混合水气的温
度控制在0~5 ℃之间,再通过造雪机雾化喷出,下列说法错误的是( )
A.外界空气温度必须低于混合水气温度,才能使水凝固成雪
B.对混合水气加压越大,雪质越好
C.喷出的混合水气对外做功内能减小,凝固成雪
D.混合水气喷洒得越远,雪质越好
3.(2023广东实验中学模拟)火热的6月即将到来,高三的同学们也进入高考最后的冲刺,教
室里的空调为同学们提供了舒爽的环境,空调的工作原理如图所示,以下表述正确的是(
)
A.空调的工作原理对应的是热力学第一定律的开尔文表述
B.空调的工作原理反映了热传导的方向性
C.此原理图中的Q =Q
1 2
D.此原理图说明热量不能从低温物体传到高温物体题组二 热力学定律与气体实验定律的结合
4.(多选)(2023天津三模)在飞机起飞的过程中,由于高度快速变化,会引起机舱内气压变化,
乘客小周同学观察发现,在此过程中密封桶装薯片的薄膜盖子凸起,如图所示。若起飞前
后桶内气体的温度保持不变,则下列关于桶内气体(可视为理想气体)的说法正确的是(
)
A.桶内气体从外界吸收热量
B.桶内气体分子平均动能变小
C.桶内气体压强增大
D.桶内气体对外做功,内能不变
5.(多选)如图所示,带有活塞的汽缸中封闭一定质量的气体(不考虑分子势能)将一个热敏
电阻(电阻值随温度升高而减小)置于汽缸中,热敏电阻与汽缸外的欧姆表连接,汽缸和活塞
均具有良好的绝热性能。下列说法正确的是( )
A.若发现欧姆表读数变大,则汽缸内气体内能一定减小
B.若推动活塞使汽缸内气体体积减小,则汽缸内气体内能减小
C.若推动活塞使汽缸内气体体积减小,则汽缸内气体压强减小
D.若推动活塞使汽缸内气体体积减小,则欧姆表读数将变小
6.(2023江苏南通模拟)如图所示,内壁光滑且导热性能良好的甲、乙两汽缸,用质量相同的
活塞封闭相同质量的空气。环境温度升高后,两汽缸内气体 ( )
A.分子的平均动能不同
B.内能的增加量不同
C.体积的增加量相同
D.吸收的热量相同题组三 热力学定律与气体图像的结合问题
7.(2024黑龙江大庆统考一模)一定量的理想气体从状态 a变化到状态b,该气体的热力学
温度T与压强p的变化关系如T-p图像中从a到b的线段所示。在此过程中( )
A.外界一直对气体做正功
B.所有气体分子的动能都一直减小
C.气体一直对外界放热
D.气体放出的热量等于外界对其做的功
8.(2024福建宁德模拟)一定质量的理想气体经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程,
其中ba的延长线通过坐标原点,a、b、c、d四个状态气体的压强与温度如图所示,则(
)
A.气体在ab过程中内能的增加量小于cd过程中内能的减少量
B.气体在ab过程中吸收的热量大于cd过程中放出的热量
C.气体在bc过程中体积的变化量小于da过程中体积的变化量
D.气体在bc过程中体积的变化量等于da过程中体积的变化量
综合提升练
9.(2023江苏镇江三模)一定质量的理想气体由状态 A到状态B再到状态C的p-T图像如
图所示,下列说法正确的是( )
A.状态A到状态B过程,气体密度变大
B.状态B到状态C过程,气体先放热再吸热
C.A、C两状态气体分子单位时间内撞击单位面积的次数相等
D.A、C两状态气体分子对容器壁上单位面积的平均撞击力相等10.(2024 广东四校联考一模)一定质量的理想气体被一个质量为 m=5 kg、横截面积为
S=25 cm2的活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内。汽缸壁导热良好,活塞可沿汽缸壁无
摩擦地滑动。开始时活塞下表面相对于汽缸底部的高度为 25 cm,外界的温度为27 ℃;现
将一物块轻放在活塞的上表面,平衡时,活塞下降了5 cm。已知外界大气压强为p =1×105
0
Pa,重力加速度大小g取10 m/s2。求:
(1)初始状态封闭气体的压强;
(2)物块的质量m'。
11.如图所示,内壁光滑的汽缸竖直放置在水平桌面上,用活塞封闭一定质量的理想气体。
活塞上表面水平,下表面倾斜,倾斜面与左壁的夹角为θ,质量为20 kg,活塞的上表面的面积
为S=2×10-3 m2,状态A体积为V =4×10-4 m3,温度为T =300 K,大气压强p =1×105 Pa,当对
A A 0
气体缓慢加热,气体从状态A变为状态B时,活塞上界面上移h=10 cm,气体吸收热量280
J。
(1)气体达到状态B时的温度为多少?
(2)气体从状态A变为状态B过程中内能改变了多少?参考答案
第5讲 热力学定律 能量守恒定律
1.B 解析 由于爬山过程中气体体积不变,故气体不对外做功,故A错误;爬山过程中温度
降低,则气体内能减小,故B正确;根据热力学第一定律可知ΔU=W+Q,爬山过程中气体不
做功,但内能减小,故可知气体放出热量,故C错误;爬山过程中氧气瓶里的气体容积质量均
pV
不变,温度减小,根据理想气体状态方程有 =C,可知气体压强减小,故D错误。
T
2.A 解析 使水凝固成雪的过程中,根据热力学第一定律ΔU=Q+W
高压的混合水气喷出后,体积膨胀,对外做功,与外界来不及进行热交换,因此内能减小,温
度降低,凝固成雪花,则根据凝雪原理可知,外界的温度可以高于混合水气的温度,故A错误,
C正确;对混合水气加压越大,喷得越远,喷出后对外做功越多,越是加速雪的形成,雪质越好,
故B、D正确。
3.B 解析 空调的工作原理对应的是热力学第二定律的克劳修斯表述,A错误;空调的工
作原理反映了热传导的方向性,热量不能自发地从低温物体传导给高温物体,但在其他能
力干预下,可以从低温物体传导给高温物体,B正确;此原理图中的Q =Q +W,C错误;此原
1 2
理图说明在外界干预下,热量能从低温物体传导给高温物体,D错误。
4.AD 解析 由于理想气体温度不变,则内能不变ΔU=0
理想气体体积变大,气体对外做功,则W<0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可知Q>0,桶内
气体从外界吸收热量,A、D正确;桶内气体的温度保持不变,则桶内气体分子平均动能不
变,B错误;根据玻意耳定律可知,气体的体积变大,则桶内气体压强减小,C错误。
5.AD 解析 发现欧姆表读数变大时,热敏电阻变大,说明热敏电阻的温度降低,则气体内
能减小,故A正确;若推动活塞使汽缸内气体体积减小,外界对气体做功,汽缸和活塞均具有
良好的绝热性能,由热力学第一定律知,气体的内能增大,故B错误;汽缸内气体体积减小,
pV
气体的内能增大,温度升高,根据 =C可知汽缸内气体压强增大,故C错误;汽缸内气体
T
体积减小时,气体的温度升高,则知热敏电阻变小,即欧姆表读数将变小,故D正确。
6.D 解析 导热性能良好的甲、乙两汽缸,环境温度升高后,两汽缸内气体温度与环境温
度相同,分子的平均动能相同,故A错误;两汽缸内气体温度与环境温度始终相同,内能的增
mg
加量相同,故B错误;甲图气体压强p =p ,乙图气体压强p =p + ,对甲图由理想气体状
甲 0 乙 0
S态 方 程 得 p V p V p (V -V ) , 对 乙 图 由 理 想 气 体 状 态 方 程 得
0 1= 0 2= 0 2 1
T T T -T
1 2 2 1
p V p V p (V -V ) ,由于甲、乙两汽缸,用质量相同的活塞封闭相同质量的空气,
乙 3= 乙 4= 乙 4 3
T T T -T
1 2 2 1
所以 p V =p V ,由p
V -V ,所以体积的增加量不同,故C错误;由p (V -
0 1 乙 3 0 乙 2 1 4 3 0 2
V )=p (V -V ),可知气体膨胀过程外界对气体做功相同,由热力学第一定律ΔU=W+Q,可知
1 乙 4 3
吸收的热量相同,故D正确。
pV pV
7.C 解析 根据一定质量的理想气体状态方程 =C,可得T= ,图像是过原点的一条
T C
直线,所以气体做等容变化,气体不对外界做功,外界也不对气体做功,故A、D错误;理想气
体从状态a变化到状态b,温度降低,分子的平均动能减小,但不是所有气体分子的动能都
一直减小,故B错误;理想气体温度降低,内能减小,但气体不做功,所以气体要向外界放热,
故C正确。
8.C 解析 气体在ab、cd过程温度变化量相同,则气体在ab过程中内能的增加量等于cd
过程中内能的减少量,故 A 错误;ab 过程中体积不变,则 W =0,cd 过程中体积减小,则
ab
W >0,则 ab 过程中吸收的热量 Q =ΔU ,cd 过程中放出的热量为 Q =ΔU +W ,其中
cd ab ab cd cd cd
ΔU =ΔU ,ab过程中吸收的热量小于cd过程中放出的热量,故B错误;气体在bc过程是
ab cd
2
等温压缩,压强增大到b状态的1.5倍,则体积变为b状态的 ;da过程是等温膨胀,压强变
3
1
为d状态压强的 ,则体积变为d状态体积的2倍;因ab两状态体积相等,设为V,则c状态
2
2 1
体积为 V,d状态体积为 V,气体在bc过程中体积的变化量小于da过程中体积的变化量,
3 2
故C正确,D错误。
9.D 解析 状态A到状态B过程,由理想气体状态方程可知,气体体积增大,则气体密度变
小,A错误;状态B到状态C过程,气体温度先升高后降低,则气体内能先增大后减小,但气
体体积一直减小,则外界对气体做功,则根据热力学第一定律有ΔU=Q+W,W>0,在气体内
能增大阶段,由于不知道ΔU与W的具体关系,则无法判断出气体是吸热还是放热,而在气
体内能减小阶段,W>0,则Q<0,故气体放热,B错误;A、C两状态气体压强相同,气体分子对
容器壁上单位面积的平均撞击力相等,但A状态到C状态气体温度升高,气体体积增大,气
体分子平均速率变大,数密度减小,则气体分子单位时间内撞击单位面积的次数减小,C错误,D正确。
10.答案 (1)1.2×105 Pa (2)7.5 kg
解析 (1)设初始汽缸内气体压强为p ,放上物块后稳定时,汽缸内气体压强为p ,根据平衡
1 2
条件得p S=p S+mg
1 0
解得p =1.2×105 Pa。
1
(2)初始气柱长度h =25 cm,再次稳定后气柱长度h =25 cm-5 cm=20 cm
1 2
由玻意耳定律得p h S=p h S
1 1 2 2
解得p =1.5×105 Pa
2
由平衡条件有p S=p S+(m'+m)g
2 0
解得m'=7.5 kg。
11.答案 (1)450 K (2)240 J
解析 (1)如图所示,对活塞,竖直方向上由力的平衡得
pS=mg+p S
0
代入数据得p=2×105 Pa
从状态A到状态B,由盖-吕萨克定律得V V +Sℎ
A = A
T T
A B
代入数据得T =450 K。
B
(2)从状态A到状态B,气体对外做功为W=pSh=40 J
由热力学第一定律得ΔU=Q-W
代入数据得ΔU=240 J。
